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課題山積

オペアンプの出力異常は入力信号どうしを1000pFで結合したら無くなった・・・
伝送路のインピーダンス不整合が原因だったのだろうか?
イマイチ合点がいかないが,いったん塩漬けにして次の課題に移る.

次はやっかいな通信の問題を片付けないと.
これはやることは地味だが機能への影響が大きい重大課題だ.
いちおう通信速度の皮算用はしてあるが,果たしてその通りに実装できるかどうかが問題だ.
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高速オペアンプを試す


今日は高速型のオペアンプを試す.まずは計装アンプをLT1167(リニアテクノロジ)からピンコンパチのINA128(バーブラウン)に差し替えてみる.
これでスルーレートが1.2V/μsから4V/μsにアップする.しかし,出力波形はまったく変わらず.

それならばということで,今度は死蔵していた高速アンプLM6365(ナショセミ)を差動入力にしてやってみる.
このオペアンプは300V/μsで応答し300MHz以上の信号に対応できる.
しかし,これまたうまくいかない.変な波形が出たり,出力が振り切れたり・・・

 色々試しているうちに,ノイズがスパイク状だからといって単純にオペアンプを高速にすればいいというものではなさそうな気がしてきた.
それよりも入力前信号がちゃんと同相になるように,なおかつ帯域をできるだけ下げた状態で入力されるようにしたほうがマシになるんじゃないか.
もっと色々試していきたい.

OPアンプでトラブル

今週はOPアンプを使った電流検出回路をやっている.

図のような単純な回路で電流センサの信号をリファレンスと共に伝送し,差動アンプでシングルエンドに変換する.
途中の伝送路で入ってくる同相ノイズの除去が狙いだ.

マイコンのADCで差を取ってもそれなりのノイズ除去効果はあるが,このようにアナログ回路で差を取った方がより劇的に効果が上がるんじゃないかと期待した.
OPアンプを使うメリットは他にもいくつかある.

①インピーダンス変換器として使える
最近の高速SAR型-ADCではサンプリング用キャパシタのチャージ時間を短縮するために低い信号インピーダンスを要求することが多い.
RXのADCでは1MSPSを実現するために1kΩ以下を推奨している.ACS714出力インピーダンスは4.7kなので,OPアンプ(LT1167)で数百Ωに下げてから入力する.

②マイコンのソフトウェア負荷軽減
ADCで差を取ったり,スパイクエッジを避けたりする処理を省き,浮いたCPUリソースでLPF等の信号処理を行うことでさらに精度UP!


しかし,予想どおり問題が発生した.



秋月電子で買った計装アンプのノイズ除去能力は期待どおりだったが,それ以外に何やら妙な波形が出力される.(上段の黄色の波形.下段青いほうは入力信号.)
図のように,激しいノイズが入った直後に低周波の「うねり」のような波形ができてしまう.
これではマイコン側で「うねり」を取り除かなければならず,処理がものすごく大変になる.

「うねり」は弱いノイズだと出ないこともあるし,OPアンプの速度不足だろうか?
アナログ音痴の自分には,なんでこういうことになるのか皆目見当が付かない・・・

こういうときは手で考えるのが一番だ.

エンコーダの補正

電流検出の精度は8~9bit程度と少し良くなってきた.
そうなると速度検出の精度にも満足がいかなくなってくる.
特にMAXON-RE40に付属の256ppr-MRエンコーダは位相誤差が大きいため速度検出の精度がイマイチ.


試しにモータを一定速度で無負荷回転させ,そのときの一回転分のパルスをすべてキャプチャしてみる.


グラフはパルス間時間の逆数を取って回転数[rpm]に換算してある.
モータは約5000rpmで定速回転しているのに,グラフはまったくフラットになっていない.
以前調べた通り,出力されるパルス間隔に最大で±40%もの誤差があることが分かる.

これをLUTで補正する.
まずは定速時の全パルス幅の平均を取り,これを正しいパルス間隔とみなす.
そして平均からのズレ率を補正計数として全パルス(256×4逓倍=1024パルス)分をテーブルに取る.
1パルスの間隔で速度を測るSPM法を行う際,キャプチャしたパルス間隔を上記のテーブルで毎回補正する.
入力されたのがどのパルスか特定するために,Index信号を基準にして補正するパルス番号を絶対値(1~1024)で管理する.
これによって一回転ごとに再現するパルス間の位相誤差はゼロになるハズ.

この方法でモータの立ち上がり回転数を測定したのが下記のグラフ。


補正付きSPM法(緑線)では誤差が大きく減って,低速ではDPC法を超える分解能が得られるようになった.

これは使える感じがする.

電流ラインのノイズ対策

今週末は電流センサ信号のノイズ対策を試す.
2点の対策でノイズレベルが半分以下に減った.
①A/D入力の同時サンプリングを使った同相ノイズ除去
②A/D変換タイミングをPWMエッジからずらすことによるスパイクノイズの侵入防止

PWM-Dutyを変えてモータを空転させたときの電流値データ


カスケード制御でCosの速度カーブへ追従させた結果




無負荷時だけでなく,フィードバック制御の挙動も著しく改善した.

ノイズ除去に追加した回路はセンサと同じ中点電位を作るための抵抗2本のみ.
あとはマイコンのA/D入力機能をうまく組み合わせるだけで,ここまで改善できた.

同相除去をA/Dの同時キャプチャから計装アンプに置き換えればさらに改善できるかもしれない.

2012年もよろしくお願いします

このブログを見ていただいている精鋭のみなさま,今年もよろしくお願いいたします。

ロボットや今年の干支と全く関係ないが,実家の川原に巨大ネズミがいたので写真を撮った.










 この奇妙な生き物は関西に多く生息しているという外来種のヌートリアだと思う.
子供の時から長く居たが,近くの川にこんなのがいるとはまったく知らなかった.

さてさて,2012年はどういう年にするか.具体的な目標を立てた.

1. 必要なものだけ買う(使うかどうか分からない部品,情報器機の衝動買い絶対止める)
2. 目的があって重要なコンテンツのみ見る(インターネット・雑誌・DVDやテレビ・ビデオゲームなど)
3. 1,2によって稼いだお金と時間を進行中のプロジェクトに集中投下する.

というところ.
今年は自律の年にしたい.ロボットではなく自分の.
まぁしかし,言うは易しなのでとりあえず上記の文言を打ち出してPCの前に貼った.
最近読んだ本には「人生を豊かにするために,重要なのは習慣だ」と書いてあった.
最初に「やる」と宣言すれば実行できる可能性が上がるかもしれない.

とりあえず6月完成を目標に歩行機のハードウェア製作を進めていきたい.
プロフィール

もやね

Author:もやね
長野県在住の会社員(メカニカル・エンジニア).
ロボットは完全な趣味としてやってます.
E-mail:
mo_ya_ne[a]yahoo.co.jp
[a]⇒@

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